JPH11329263A

JPH11329263A - 真空ｌｓｉ

Info

Publication number: JPH11329263A
Application number: JP17202198A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aoki; 武青木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、真空中を移動する電子を制御する
能動素子、すなわち真空素子を用いたため、シリコンウ
ェハ等の半導体基板に依存しないＩＣ（集積回路）とＬ
ＳＩ（大規模集積回路）の提供を目的とするものであ
る。【構成】絶縁体基板と、電界放出型冷陰極であるカソ
ード（陰極）１０と金属電極のグリッド（格子極）９と
同じく金属電極のアノード（陽極）８とからなる真空素
子と、抵抗材料１１と両端の金属からなる抵抗と、誘電
体５とそれをはさむ２枚の金属からなるコンデンサー
と、真空封止キャップ１とからなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空中を移動する電子
を制御する能動素子、すなわち真空素子を用いたため、
シリコンウェハ等の半導体基板に依存しないＬＳＩ（Ｉ
Ｃを含む）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＬＳＩは、シリコンウェハの表面
付近に個体の中を移動する電子を制御する能動素子、す
なわちトランジスタを主に電気回路を作成してたが、電
子の移動速度が真空中を移動する速度に比べて遅いため
スイッチング時間に限界があった。シリコンで形成され
たＬＳＩでは、安定した動作を保証するための動作温度
が比較的低いため、通電による温度上昇に伴い動作が不
安定になった。また、製造面から言えば、シリコンウェ
ハの周辺部は、チップの形状が四角にならないため、必
ず不良品となるので製造コストが高くなった。さらに、
シリコンウェハは、高純度、無欠陥であることが要求さ
れ、この高純度シリコン中に拡散、イオン打ち込みなど
によって種々の不純物を導入し目的とする機能を持った
デバイスを製作したが、その設備は高価なものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するものであり、シリコンウェハ等の半導体基板
に依存しないＩＣおよびＬＳＩの提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁体基板７
と、電界放出型冷陰極であるカソード１０と金属電極の
グリッド９と同じく金属電極のアノード８とからなる真
空素子と、抵抗材料１１と両端の金属からなる抵抗と、
誘電体５とそれをはさむ２枚の金属からなるコンデンサ
ーと、真空封止キャップ１とからなるものである。

【０００５】

【作用】本発明は、前述の手段を講じたもので、カソー
ド１０に負、アノード８に正の電圧を印加し、さらにグ
リッド９に負、カソード１０に正の電圧を印加する。す
ると、カソードとアノード間の電圧によって、カソード
から飛び出した電子が、真空中をアノードに向かう。し
かし、グリッドの負の電圧のためカソードから飛び出し
た電子は、グリッドのすき間を通過することができない
ため、アノードまで到達できない。したがって、グリッ
ドとアノードの間には、電流が流れないため、真空素子
は、オフ状態である。しかし、グリッドに正の入力があ
れば、電子はグリットのすき間を通過して、アノードま
で到達できる。カソードからアノードまで電子が移動し
たことにより、電流は、アノードからカソードに流れる
ため、真空素子はオン状態になる。すなわち、入力がハ
イレベルに対して、出力がローレベルとなり、逆に、入
力がローレベルに対して、出力がハイレベルになるので
論理回路のインバーターとして機能する。インバーター
の機能があれば、それを組み合わせることによりすべて
の論理回路を作成することができる。また、グリッドを
取り去り、アノードとカソードの２極とすると、これ
は、ダイオードとして作用する。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図１は、実施例であって、絶縁体基板７にアノ
ード８、グリッド９、カソード１０となる金属の電極を
設け、これらの電極を覆い隠すように絶縁体３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄを設ける。絶縁体には、それぞれの電極
の一部が同時に見える一つの窓すなわち真空素子用窓１
４を設ける。また、それぞれの電極に配線を行うための
コンタクト孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄも設け
る。金属と金属の間に抵抗材料１１をそれぞれの金属と
接触するように設ける。金属と金属の間に誘電体５をは
さむようにして設ける。ＬＳＩチップを覆うような真空
封止キャップ１を設ける。絶縁体基板７は、Ａｌ_２Ｏ_３
等のセラミック系を使用するが、他の絶縁材料でも可能
である。カソード１０は、電力消費の大きい熱陰極は使
えないので、電界放出型冷陰極を使用する必要がある。
カソードの材料としては、Ｍｏ等を使用し形状は、のこ
ぎりの刃状にして表面積を多くし電子の放出効率を上げ
る。グリッド９とアノード８は、他の金属でも可能であ
る。絶縁体には、ＳｉＯ_２等を使用する。抵抗材料１１
は、Ｎｉ−Ｃｒ、ＴａＮ、タングステン等を用いるが、
他の材料でも可能である。誘電体５は、ＳｉＯ_２等を用
いるが、他の材料でも可能である。真空封止キャップ１
には、Ａｌ_２Ｏ_３のセラミックキャップ等を使用し、エ
ポキシ樹脂等でシールして真空パッケージする。また、
真空封止キャップ１は、樹脂等の材質でも可能である。
図３のように、基板２１にカソード１９、Ｍｏ針状冷陰
極２０、ＳｉＯ_２絶縁膜スペーサ１５、金属膜グリッド
１８ａ、１８ｂ、ＳｉＯ_２絶縁膜スペーサ１５、金属膜
陽極１７と積んで、真空素子を形成する方法もあるが、
配線が立体となり、複雑になる欠点がある。また、真空
素子は個別に真空にするため真空度にばらつきが生じ、
時には、電子放出ができない真空度の真空素子が発生す
る可能性がある。図１の実施例では、真空素子は平面構
造であるため、配線は、立体配線に比較すると容易であ
り、また、チップを一括して真空封止するため、素子に
よる真空度のばらつきがなくなり動作の安定につなが
る。また、製造に関しては、図３のような立体構造より
図１の実施例のような平面構造のほうが工程数が少なく
なる。

【０００７】

【発明の効果】シリコンウェハ等の半導体基板を使用し
ないで、絶縁体基板を使用しているため、高度な製造設
備が必要なくなる。シリコンウェハのように円形の基板
のために必ず発生する周辺部の不良が、四角い基板を使
用できるため構造上から発生する不良はなくなり、製造
コストを低下させることができる。電子は、シリコン個
体中より真空中を移動する場合のほうが速いので、半導
体トランジスタに比較してスイッチング時間が短くな
る。さらに、半導体トランジスタに比較して高い温度で
も安定して動作する。真空素子を平面構造にすることに
より製造工程を少なくすることができる。さらに、チッ
プを一括で真空封止しているため、個々の真空素子のば
らつきがなく動作が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の側面図である。

【図２】本発明の実施例の一部平面図である

【図３】参孝図（側面図）である。

【符号の説明】

１・・・真空封止キャップ２ａ、２ｂ・・・金属配線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・絶縁体４・・・真空５・・・誘電体６ａ、６ｂ・・・外部リード７・・・絶縁体基板８・・・アノード９、９ａ、９ｂ・・・グリッド１０・・・カソード１１・・・抵抗材料１２ａ、１２ｂ・・・シール材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・コンタクト孔１４・・・真空素子用窓１５・・・ＳｉＯ_２絶縁膜スペーサ１６・・・真空１７・・・金属膜陽極１８ａ、１８ｂ・・・金属膜グリッド１９・・・カソード２０・・・Ｍｏ針状冷陰極２１・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体基板と、電界放出型冷陰極である
カソード（陰極）と金属電極のグリッド（格子極）と同
じく金属電極のアノード（陽極）とからなる真空素子
と、抵抗材料と両端の金属からなる抵抗と、誘電体とそ
れをはさむ２枚の金属からなるコンデンサーと、真空封
止キャップとからなるＩＣ（集積回路）およびＬＳＩ
（大規模集積回路）。
【請求項２】前記真空素子を平面構造とした請求項１
記載のＩＣおよびＬＳＩ。
【請求項３】のこぎりの刃状の型状をしたカソードを
持つ請求項２記載のＩＣおよびＬＳＩ。